JP2005026057A - 有機発光表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】上部発光取り出し型有機発光表示装置の有機薄膜の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の表示を得る。
【解決手段】有機薄膜からなる発光層を形成した基板１０１に有する金属電極兼全反射鏡１０２と透明封止板１０６の内面との間に所望の光の波長に対応した光学長さＤをもつ微小な共振器構造を形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】有機薄膜からなる発光層を形成した基板１０１に有する金属電極兼全反射鏡１０２と透明封止板１０６の内面との間に所望の光の波長に対応した光学長さＤをもつ微小な共振器構造を形成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自発光型の表示装置に係り、特に有機発光素子を用いた有機発光表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機発光表示装置を構成する有機発光素子は、該有機発光素子の発光前面に半透明反射鏡を設置し往復する光の光学的長さが所望の発光波長の数倍になる共振器（微小共振器）にすることにより、発光スペクトルを単色化し、同時に発光ピーク強度をエンハンスすることが可能である（「特許文献１」）。また、共振器構造に関係した物性については「非特許文献１」に詳説されている。
【０００３】
図９は上部発光取り出し構造の有機発光表示装置の代表的な構造を説明する模式断面図である。図中、参照符号１０１は絶縁基板（以下、単に基板と称する）であり、この基板１０１上に第１電極である金属電極兼全反射鏡１０２を有し、この上に有機材料からなるホール注入層と発光層および電子注入層からなる有機薄膜（有機発光層とも称する）１０３が形成され、さらに第２電極である複数（ここでは３個）の透明電極１０４が積層されている。各透明電極１０４は図示しないアクティブ素子（薄膜トランジスタ等）で個別に駆動される画素単位を構成する。
【０００４】
有機薄膜１０３の上方には、該有機薄膜１０３を覆って外部環境からの湿気やガスの影響を遮断すると共に表示面を形成する透明封止板１０６がスペーサ１０７で有機薄膜１０３に対して所定の空隙１０５をもって配置されている。有機薄膜１０３の発光光は透明封止板１０６から出射して表示を形成する。このような上部発光取り出し構造の有機発光装置では、有機発光層を構成する有機薄膜１０３を保護する透明板である透明封止板１０６が該有機薄膜１０３の膜面上方に十分な距離だけ離されて設置されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２１３１７４号公報
【非特許文献１】
Ｔ． Ｎａｋａｙａｍａ： ”Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｉｔｈ ａ ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”， ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｉｎ ”Ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｄｅｖｉｃｅｓ ”， ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｓ． Ｍｉｙａｔａ， ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ｇｏｒｄｅｎ ＆ Ｂｒｅａｃｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ （１９９７）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の共振器構造有りの有機発光表示装置においては、この有機薄膜を保護する透明封止板は共振器の構成体としては利用されていなかった。また、有機薄膜１０３の発光光の一部は透明封止板１０６の内面および外面とでそれぞれ約５％程度反射して戻る反射光Ｌｒ１，Ｌｒ２を有し、表示のための光Ｌｍの光量はこれらの反射光により損失され、表示面の輝度向上を低下させる原因となっている。本発明の目的は、透明封止板を共振器の構成体としては利用することによって有機薄膜の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、有機薄膜の保護用の透明封止板の光透過・反射機能を利用して発光素子である有機薄膜と一体の微小な共振器を構成する点に特徴を有する。すなわち、本発明は、有機薄膜を保護する部分反射機能を有する透明封止板を透過して直接上部に出る直接出力光と、該透明封止板の反射により一度素子側に戻る光を有機薄膜の下部にある基板側に設けられた金属電極兼全反射鏡等の反射膜で反射させ、上記直接出力光とは別光路で透明封止板の上部に光を出射させる構造とした。
【０００８】
別光路を経て上部より出力される光（別光路光）と直接出力光との間で干渉が生じる構造が必要要件である。そのためには直接出力光と別光路光との光路および反射により生じる光路長シフト相当分の光学的長さの差の総和が、有機薄膜の発光波長の整数倍（および可干渉な作成誤差の範囲内）であることが必要である。
【０００９】
仮に、基板側反射板（金属電極兼全反射鏡）にアルミニウム等を用い、基板上の有機発光素子（有機薄膜）の最上部の設ける第２の電極を透明電極ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）とし、この透明電極ＩＴＯの上部に空隙（減圧ガスなどを封入）を設けるとすると、金属電極兼全反射鏡上の反射時に光の位相が１／２波長分シフトするので、該金属電極兼全反射鏡の反射面から透明電極ＩＴＯの最上部までの光学的長さは、所望の共振波長の１／４、３／４、１、（２ｎ−１）／４倍の何れかであることが必要となる。なお、ｎは自然数である。また、透明電極ＩＴＯの上部にある空隙にＩＴＯより屈折率の大きい媒体を入れた場合は、そこでの反射でも光の位相が１／２波長分シフトするので、２／４、４／４、１、２ｎ／４倍の何れかであることが必要になる。
【００１０】
さらに、基板側の有機発光素子である有機薄膜の上部と空隙との界面での反射と、空隙と有機薄膜保護用の透明封止板の表面との界面の反射が干渉により所望の波長の反射を果たす為には、透明電極−空隙−空隙（減圧ガスなど）−有機薄膜保護用の透明封止板の各屈折率の大小関係が大−小−大（または、小−大−小）の関係を満たすときは、空隙の光学的長さが所望の共振波長の１／４、３／４、１、（２ｎ−１）／４倍の何れかであることが必要となる。また、小−中−大の関係の時は２／４、４／４、１、２ｎ／４倍の何れかである。
【００１１】
有機薄膜保護用の透明封止板の表面構造のみで十分な反射機能を付与し、透明電極上面での反射がその反射強度に対して十分小さい場合は、基板側にある反射板（金属電極兼全反射鏡）から有機薄膜保護用の透明封止板の表面までの光学的長さが所望の波長に対応する共振器長であることが必要である。なお、基板側に有する素子構造（金属電極兼全反射鏡１０２、有機薄膜１０３、透明電極１０４）の最上部が透明電極１０４であるのは必要要件ではなく、透明電極１０４上方に透明材料を積層して基板側素子の最上部とすることができる。共振器構造の有機発光素子の発光原理と構成例は前記「非特許文献１」に詳説されている。共振器の光学的長さは、発光の角度依存性や発光素子を構成する有機薄膜等の膜厚を変えたサンプルとの比較などから検証できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明による有機発光表示装置の第１実施例を説明する模式断面図である。図１において、透明基板１０１上に金属電極兼全反射鏡１０２として厚さ１５０ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）が形成され、その上に厚さ０．６ｎｍのフッ化リチウム（ＬｉＦ）をこの順で積層した積層膜が形成されている。また、有機薄膜１０３として厚さ５０ｎｍの電子輸送層ＡＬＱを、発光層として厚さ２０ｎｍのＣＢＰにＩｒ（ｐｐｙ）３ を６体積％混入させた膜を、ホール注入層として厚さ４０ｎｍのα−ＮＰＤを形成してある。
【００１３】
また、有機１０３の上層に 透明電極１０４として、厚さ１１０ｎｍのＩＴＯが形成されている。上記有機薄膜を構成するＡＬＱの分子構造は「化１」に、ＣＢＰの分子構造は「化２」に、Ｉｒ（ｐｐｙ）３ の分子構造は「化３」に示した。
【００１４】
【化１】
【化２】
【化３】
【００１５】
このとき、金属電極兼全反射鏡１０２の表面から基板に形成された積層膜構造の最上部までの光学的距離（光学的長さ）ＤはＩｒ（ｐｐｙ）３ の発光ピーク波長５２０ｎｍの３／４倍になっている。ここで言う光学的長さとは、積層膜構造の厚さと屈折率の積である。
【００１６】
この上部発光取り出し構造の有機発光表示装置においては、外部環境からの湿気やガスの影響を遮断する有機薄膜保護のために透明封止板１０６が設置されている。本実施例においては、この透明封止板１０６を有機薄膜１０３の発光波長の３／４倍の間隔である３９０ｎｍの間隔を持つように、両者間にＳｉＯ２ からなるフィラー１０７（ビーズなど）を介在させて基板１０１と透明封止板１０６の間（基板間間隙）を減圧状態に維持して該基板１０１と透明封止板１０６を貼り合わせている。
【００１７】
透明封止板１０６として、０．１ｍｍ厚のガラス板を用い、外気と基板間間隙との圧力差により該透明封止板が有機薄膜構造を有する基板１０１に対して一様な間隙を維持するように変形させて密着させる。これにより、透明電極１０４の最表面の当該基板に有する薄膜構造の内部方向に戻る反射光と透明封止板１０６の内面での反射光は波長５２０ｎｍで可干渉となり、反射光を効率よく薄膜構造の内部に戻し、金属電極兼全反射鏡１０２との間で微小な共振器を構成することができる。なお、透明封止板１０６としては、上記したような減圧下で基板１０１の最表面の形状に倣うフレキシブルな材料が適しており、上記したガラス板の他、樹脂板なども採用できる。
【００１８】
図２は本発明の実施例の効果を有機薄膜の発光スペクトルの差で従来技術と比較して示す説明図であり、横軸に発光波長（ｎｍ）を、縦軸に発光の強度（相対値）を取って示す。図２に示されたように、図１に示した本実施例の構造によれば、基板１０１と透明封止板１０６との間の間隔を約１ｍｍで貼り付けた従来構造（前記図９の構造に相当）と比較して、共振が発生している３９０ｎｍでの発光スペクトルの単色化とそのピーク強度の上昇が得られていることが分かる。このように、本実施例によれば、透明封止板１０６を共振器の構成体としては利用することによって有機薄膜１０３の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【００１９】
図３は本発明による有機発光表示装置の第２実施例を説明する模式断面図である。図３に示した実施例では、図１で説明した本発明の第１実施例の構造に加えて、透明封止板１０６の内面に、膜厚の光学的長さが所望の発光波長の１／４倍になる膜厚で高屈折率薄膜１０９による反射層を形成した。この高屈折率薄膜１０９を設けることによって反射に寄与する面が増加し、基板１０１と透明封止板１０６の両基板間に形成される共振器の光閉じ込め効率を上げることができる。
【００２０】
高屈折率薄膜１０９としては、酸化チタン、酸化ジルコニアなど、基板１０１より屈折率の高い薄膜を用いる。この高屈折率薄膜１０９の屈折率は高いほど反射率は向上する。また、この高屈折率薄膜１０９を低屈折率の薄膜と交互積層して形成することにより、反射率を上げることもできる（この原理に関しては、前掲の「非特許文献１」を参照されたい）。
【００２１】
この高屈折率薄膜１０９による反射層形成により透明封止板１０６の内面での反射率が十分大きくなる。基板間間隙下面での反射の効果が重要でない程度に小さいと考えられるときは、透明封止板１０６の内面と金属電極兼全反射鏡１０２の間の距離を共振条件にとることが重要になり、透明封止板１０６の内面と基板１０１に形成された積層構造の最上面との距離は重要ではなくなる。
【００２２】
また、図３の実施例に示したように、透明封止板１０６の上面に、所望の発光波長の透過を向上させると共に外部からの入射光の使用者への戻りを防止する機能を有する表面薄膜（表面コート薄膜）１１０を形成することもでき、この表面コート薄膜１１０を設けることで、さらに表示品質を向上することができる。本実施例によれば、透明封止板１０６を共振器の構成体としては利用することによっても、有機薄膜１０３の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【００２３】
図４は本発明による有機発光表示装置の第３実施例を説明する模式断面図である。図４に示した実施例では、図３の実施例におけるフィラーに代えて、ＰＩＱなどを用いてパターニングしたスペーサ１０７を設け、基板１０１と透明封止板１０６の間の間隔を所定値に規制したものである。本実施例では、スペーサ１０７を基板１０１に有する有機薄膜１０３の上に形成したが、これに限るものではなく、透明封止板１０６の内面に形成してもよい。スペーサ１０７を透明封止板１０６の内面に形成することで、製造プロセス途上で有機薄膜１０３に及ぼされるダメージを軽減できる。本実施例によっても、透明封止板１０６を共振器の構成体としては利用することによっても、有機薄膜１０３の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【００２４】
図５は本発明による有機発光表示装置の第４実施例を説明する模式断面図である。本実施例では、基板１０１と透明封止板１０６の間の間隔すなわち基板間間隔を前記したようなスペーサを使用せずに、透明封止板１０６を基板１０１の内面に有する薄膜層の最上層に密着させたものである。透明封止板１０６を基板１０１密着させるためには、透明封止板１０６と基板１０１の間の空隙を減圧することが有効である。しかし、他の方法として、所謂マッチングリキッド１２１を当該空隙に注入して透明電極１０４とマッチングリキッド１２１の間、またはマッチングリキッド１２１と高屈折率薄膜１０９の間の界面反射を０に近づけて基板間間隔の不均一から生じる不要な光反射を低減することができる。
【００２５】
透明電極１０４と同じ屈折率のマッチングリキッド１２１を用いた場合は、高屈折率薄膜１０９の下面、高屈折率薄膜１０９と同じ屈折率のマッチングリキッド１２１を用いた場合は、透明電極１０４の上面が共振器の上部反射面となる。共振器の上面と下面の長さは、高屈折率薄膜１０９の代わりに低屈折率薄膜を用いる場合は、共振器の上面と下面の長さは（２ｎ−１）λ／４ではなく、２ｎλ／４となる。
【００２６】
本実施例によっても、透明封止板１０６を共振器の構成体としては利用することによっても、有機薄膜１０３の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【００２７】
図６は本発明による有機発光表示装置の第５実施例を説明する模式断面図である。図６に示した実施例は、フルカラーの表示装置のように、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素で光の共振波長が異なる場合の構造の一例である。本実施例では、波長が異なる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素の共振器長（共振器の光学的長さ）を各該当する光の波長に合わせて、それぞれＤｒ、Ｄｇ、Ｄｂとした。この共振器長の調整を行うため、基板１０１に形成する金属電極兼反射鏡１０２の膜厚を変えた。なお、透明封止板１０６の内面に有する高屈折率薄膜１０９は必須ではなく、高屈折率薄膜１０９を設けない場合の各画素の共振器は透明封止板１０６の内面と膜厚が異なる各画素の金属電極兼反射鏡１０２との間に形成される。また、表面コート薄膜１１０の形成も任意であるが、表示品質の向上のためには、これを設けることが望ましい。本実施例により、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素毎に最適な共振器構造を付与でき、各色の有機薄膜１０３の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【００２８】
図７は本発明による有機発光表示装置の第６実施例を説明する模式断面図である。図７に示した実施例も図６の実施例と同様に、フルカラーの表示装置を構成する場合の他例である。本実施例では、波長が異なる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素の共振器長（共振器の光学的長さ）を各該当する光の波長に合わせて、それぞれＤｒ、Ｄｇ、Ｄｂとした。この共振器長の調整を行うため、透明封止板１０６の内面に共振器長調整層１０８を設け、この膜厚を波長が異なる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素の共振器長Ｄｒ、Ｄｇ、Ｄｂとなるように変えたものである。共振器長調整層１０８は、透明封止板１０６との間の界面での反射率を下げるために該透明封止板１０６の屈折率に近い材質であることが望ましく、透明封止板１０６がガラス板の場合は共振器長調整層１０８を酸化シリコンとするのが適当である。酸化シリコン以外の適当な材料を用いることができることは言うまでもない。なお、表面コート薄膜１１０の形成は任意であるが、表示品質の向上のためには、これを設けることが望ましい。本実施例により、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素毎に最適な共振器構造を付与でき、各色の有機薄膜１０３の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【００２９】
上記した第６実施例と第７実施例では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素を分離するために画素分離壁１０７を設けている。この画素分離壁１０７は基板１０１と透明封止板１０６との間隔（基板間間隔）を規制するスペーサとしても機能する。しかし、基板間間隔の規制に図１などで説明したフィラーも用いることもできる。
【００３０】
図８は本発明の有機波高表示装置の回路構成を説明する等価回路である。図８に示したように、データ線２０１（２０１ｍ＋１，２０１ｍ，２０１ｍ−１・・・）とゲート線２０２（２０１ｎ＋１，２０１ｎ，２０１ｎ−１・・・）で囲まれた画素ＰＸには、スイッチング素子（コントロール・トランジスタ）ＳＷ１、電流供給トランジスタ（ドライブ・トランジスタ）ＤＴ、コンデンサＣ、および有機発光素子ＬＥＤが配置される。スイッチング素子ＳＷ１の制御電極（ゲート）はゲート線２０２に、チャネルの一端（ドレイン）はデータ線２０１に接続されている。電流供給トランジスタＤＴのゲートはスイッチング素子ＳＷ１のチャネルの他端（ソース）に接続され、この接続点にはコンデンサＣの一方の電極（＋極）が接続されている。電流供給トランジスタＤＴのチャネルの一端（ドレイン）は電流供給線２０３に、その他端（ソース）は有機発光素子ＬＥＤの陽極に接続されている。データ線２０１はデータ駆動回路２０４で駆動され、走査線（ゲート線）２０２は走査駆動回路２０５で駆動される。また、電流供給線２０３は共通電位供給バスライン２０６を通して電流供給回路（ＰＷ）２０７に接続される。
【００３１】
図８において、１つの画素ＰＸが走査線２０２で選択されて、そのスイッチング素子（コントロール・トランジスタ）ＳＷ１がターン・オンすると、データ線２０１から供給される画像信号がコンデンサＣに蓄積される。その後、スイッチング素子ＳＷ１がターン・オフした時点で電流供給トランジスタＤＴがターン・オンし、電流供給線２０３から有機発光素子ＬＥＤに、ほぼ１フレーム期間に亘って電流が流れる。有機発光素子ＬＥＤに流れる電流は電流供給トランジスタＤＴにより調整され、また、電流供給トランジスタＤＴのゲートには、コンデンサＣに蓄積されている電荷に応じた電圧が印加される。これにより、画素ＰＸの発光が制御される。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光上部取り出し構造の有機発光素子を共振器構造にすることで、透明封止板の下部（内面）の反射を有効利用でき、有機発光素子の発光の色調調整や単色化、発光ピーク強度のエンハンスの効果が得られる。また、透明封止板を共振器構造に用いることで反射膜やスペーサ、共振器長調整層といった構成部材を発光部を構成する有機薄膜と分離して作製できると言う利点があり、これにより製造プロセスでの有機薄膜へのダメージを回避できるという効果もあり、高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による有機発光表示装置の第１実施例を説明する模式断面図である。
【図２】本発明の実施例の効果を有機薄膜の発光スペクトルの差で従来技術と比較して示す説明図である。
【図３】本発明による有機発光表示装置の第２実施例を説明する模式断面図である。
【図４】本発明による有機発光表示装置の第３実施例を説明する模式断面図である。
【図５】本発明による有機発光表示装置の第４実施例を説明する模式断面図である。
【図６】本発明による有機発光表示装置の第５実施例を説明する模式断面図である。
【図７】本発明による有機発光表示装置の第６実施例を説明する模式断面図である。
【図８】本発明の有機波高表示装置の回路構成を説明する等価回路である。
【図９】上部発光取り出し構造の有機発光表示装置の代表的な構造を説明する模式断面図である。
【符号の説明】
１０１・・・基板
１０２・・・金属電極兼全反射鏡
１０３・・・有機薄膜
１０４・・・透明電極
１０５・・・基板間空隙（間隔）
１０６・・・透明封止板
１０７・・・フィラー、スペーサ、又は画素分離壁
１０８・・・高屈折率薄膜
１１０・・・表面薄膜（表面コート薄膜）
１１１・・・共振器長調整層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自発光型の表示装置に係り、特に有機発光素子を用いた有機発光表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機発光表示装置を構成する有機発光素子は、該有機発光素子の発光前面に半透明反射鏡を設置し往復する光の光学的長さが所望の発光波長の数倍になる共振器（微小共振器）にすることにより、発光スペクトルを単色化し、同時に発光ピーク強度をエンハンスすることが可能である（「特許文献１」）。また、共振器構造に関係した物性については「非特許文献１」に詳説されている。
【０００３】
図９は上部発光取り出し構造の有機発光表示装置の代表的な構造を説明する模式断面図である。図中、参照符号１０１は絶縁基板（以下、単に基板と称する）であり、この基板１０１上に第１電極である金属電極兼全反射鏡１０２を有し、この上に有機材料からなるホール注入層と発光層および電子注入層からなる有機薄膜（有機発光層とも称する）１０３が形成され、さらに第２電極である複数（ここでは３個）の透明電極１０４が積層されている。各透明電極１０４は図示しないアクティブ素子（薄膜トランジスタ等）で個別に駆動される画素単位を構成する。
【０００４】
有機薄膜１０３の上方には、該有機薄膜１０３を覆って外部環境からの湿気やガスの影響を遮断すると共に表示面を形成する透明封止板１０６がスペーサ１０７で有機薄膜１０３に対して所定の空隙１０５をもって配置されている。有機薄膜１０３の発光光は透明封止板１０６から出射して表示を形成する。このような上部発光取り出し構造の有機発光装置では、有機発光層を構成する有機薄膜１０３を保護する透明板である透明封止板１０６が該有機薄膜１０３の膜面上方に十分な距離だけ離されて設置されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２１３１７４号公報
【非特許文献１】
Ｔ． Ｎａｋａｙａｍａ： ”Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｉｔｈ ａ ｍｉｃｒｏｃａｖｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”， ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｉｎ ”Ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｄｅｖｉｃｅｓ ”， ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｓ． Ｍｉｙａｔａ， ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ｇｏｒｄｅｎ ＆ Ｂｒｅａｃｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ （１９９７）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の共振器構造有りの有機発光表示装置においては、この有機薄膜を保護する透明封止板は共振器の構成体としては利用されていなかった。また、有機薄膜１０３の発光光の一部は透明封止板１０６の内面および外面とでそれぞれ約５％程度反射して戻る反射光Ｌｒ１，Ｌｒ２を有し、表示のための光Ｌｍの光量はこれらの反射光により損失され、表示面の輝度向上を低下させる原因となっている。本発明の目的は、透明封止板を共振器の構成体としては利用することによって有機薄膜の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、有機薄膜の保護用の透明封止板の光透過・反射機能を利用して発光素子である有機薄膜と一体の微小な共振器を構成する点に特徴を有する。すなわち、本発明は、有機薄膜を保護する部分反射機能を有する透明封止板を透過して直接上部に出る直接出力光と、該透明封止板の反射により一度素子側に戻る光を有機薄膜の下部にある基板側に設けられた金属電極兼全反射鏡等の反射膜で反射させ、上記直接出力光とは別光路で透明封止板の上部に光を出射させる構造とした。
【０００８】
別光路を経て上部より出力される光（別光路光）と直接出力光との間で干渉が生じる構造が必要要件である。そのためには直接出力光と別光路光との光路および反射により生じる光路長シフト相当分の光学的長さの差の総和が、有機薄膜の発光波長の整数倍（および可干渉な作成誤差の範囲内）であることが必要である。
【０００９】
仮に、基板側反射板（金属電極兼全反射鏡）にアルミニウム等を用い、基板上の有機発光素子（有機薄膜）の最上部の設ける第２の電極を透明電極ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）とし、この透明電極ＩＴＯの上部に空隙（減圧ガスなどを封入）を設けるとすると、金属電極兼全反射鏡上の反射時に光の位相が１／２波長分シフトするので、該金属電極兼全反射鏡の反射面から透明電極ＩＴＯの最上部までの光学的長さは、所望の共振波長の１／４、３／４、１、（２ｎ−１）／４倍の何れかであることが必要となる。なお、ｎは自然数である。また、透明電極ＩＴＯの上部にある空隙にＩＴＯより屈折率の大きい媒体を入れた場合は、そこでの反射でも光の位相が１／２波長分シフトするので、２／４、４／４、１、２ｎ／４倍の何れかであることが必要になる。
【００１０】
さらに、基板側の有機発光素子である有機薄膜の上部と空隙との界面での反射と、空隙と有機薄膜保護用の透明封止板の表面との界面の反射が干渉により所望の波長の反射を果たす為には、透明電極−空隙−空隙（減圧ガスなど）−有機薄膜保護用の透明封止板の各屈折率の大小関係が大−小−大（または、小−大−小）の関係を満たすときは、空隙の光学的長さが所望の共振波長の１／４、３／４、１、（２ｎ−１）／４倍の何れかであることが必要となる。また、小−中−大の関係の時は２／４、４／４、１、２ｎ／４倍の何れかである。
【００１１】
有機薄膜保護用の透明封止板の表面構造のみで十分な反射機能を付与し、透明電極上面での反射がその反射強度に対して十分小さい場合は、基板側にある反射板（金属電極兼全反射鏡）から有機薄膜保護用の透明封止板の表面までの光学的長さが所望の波長に対応する共振器長であることが必要である。なお、基板側に有する素子構造（金属電極兼全反射鏡１０２、有機薄膜１０３、透明電極１０４）の最上部が透明電極１０４であるのは必要要件ではなく、透明電極１０４上方に透明材料を積層して基板側素子の最上部とすることができる。共振器構造の有機発光素子の発光原理と構成例は前記「非特許文献１」に詳説されている。共振器の光学的長さは、発光の角度依存性や発光素子を構成する有機薄膜等の膜厚を変えたサンプルとの比較などから検証できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明による有機発光表示装置の第１実施例を説明する模式断面図である。図１において、透明基板１０１上に金属電極兼全反射鏡１０２として厚さ１５０ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）が形成され、その上に厚さ０．６ｎｍのフッ化リチウム（ＬｉＦ）をこの順で積層した積層膜が形成されている。また、有機薄膜１０３として厚さ５０ｎｍの電子輸送層ＡＬＱを、発光層として厚さ２０ｎｍのＣＢＰにＩｒ（ｐｐｙ）３ を６体積％混入させた膜を、ホール注入層として厚さ４０ｎｍのα−ＮＰＤを形成してある。
【００１３】
また、有機１０３の上層に 透明電極１０４として、厚さ１１０ｎｍのＩＴＯが形成されている。上記有機薄膜を構成するＡＬＱの分子構造は「化１」に、ＣＢＰの分子構造は「化２」に、Ｉｒ（ｐｐｙ）３ の分子構造は「化３」に示した。
【００１４】
【化１】
このとき、金属電極兼全反射鏡１０２の表面から基板に形成された積層膜構造の最上部までの光学的距離（光学的長さ）ＤはＩｒ（ｐｐｙ）３ の発光ピーク波長５２０ｎｍの３／４倍になっている。ここで言う光学的長さとは、積層膜構造の厚さと屈折率の積である。
【００１６】
この上部発光取り出し構造の有機発光表示装置においては、外部環境からの湿気やガスの影響を遮断する有機薄膜保護のために透明封止板１０６が設置されている。本実施例においては、この透明封止板１０６を有機薄膜１０３の発光波長の３／４倍の間隔である３９０ｎｍの間隔を持つように、両者間にＳｉＯ２ からなるフィラー１０７（ビーズなど）を介在させて基板１０１と透明封止板１０６の間（基板間間隙）を減圧状態に維持して該基板１０１と透明封止板１０６を貼り合わせている。
【００１７】
透明封止板１０６として、０．１ｍｍ厚のガラス板を用い、外気と基板間間隙との圧力差により該透明封止板が有機薄膜構造を有する基板１０１に対して一様な間隙を維持するように変形させて密着させる。これにより、透明電極１０４の最表面の当該基板に有する薄膜構造の内部方向に戻る反射光と透明封止板１０６の内面での反射光は波長５２０ｎｍで可干渉となり、反射光を効率よく薄膜構造の内部に戻し、金属電極兼全反射鏡１０２との間で微小な共振器を構成することができる。なお、透明封止板１０６としては、上記したような減圧下で基板１０１の最表面の形状に倣うフレキシブルな材料が適しており、上記したガラス板の他、樹脂板なども採用できる。
【００１８】
図２は本発明の実施例の効果を有機薄膜の発光スペクトルの差で従来技術と比較して示す説明図であり、横軸に発光波長（ｎｍ）を、縦軸に発光の強度（相対値）を取って示す。図２に示されたように、図１に示した本実施例の構造によれば、基板１０１と透明封止板１０６との間の間隔を約１ｍｍで貼り付けた従来構造（前記図９の構造に相当）と比較して、共振が発生している３９０ｎｍでの発光スペクトルの単色化とそのピーク強度の上昇が得られていることが分かる。このように、本実施例によれば、透明封止板１０６を共振器の構成体としては利用することによって有機薄膜１０３の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【００１９】
図３は本発明による有機発光表示装置の第２実施例を説明する模式断面図である。図３に示した実施例では、図１で説明した本発明の第１実施例の構造に加えて、透明封止板１０６の内面に、膜厚の光学的長さが所望の発光波長の１／４倍になる膜厚で高屈折率薄膜１０９による反射層を形成した。この高屈折率薄膜１０９を設けることによって反射に寄与する面が増加し、基板１０１と透明封止板１０６の両基板間に形成される共振器の光閉じ込め効率を上げることができる。
【００２０】
高屈折率薄膜１０９としては、酸化チタン、酸化ジルコニアなど、基板１０１より屈折率の高い薄膜を用いる。この高屈折率薄膜１０９の屈折率は高いほど反射率は向上する。また、この高屈折率薄膜１０９を低屈折率の薄膜と交互積層して形成することにより、反射率を上げることもできる（この原理に関しては、前掲の「非特許文献１」を参照されたい）。
【００２１】
この高屈折率薄膜１０９による反射層形成により透明封止板１０６の内面での反射率が十分大きくなる。基板間間隙下面での反射の効果が重要でない程度に小さいと考えられるときは、透明封止板１０６の内面と金属電極兼全反射鏡１０２の間の距離を共振条件にとることが重要になり、透明封止板１０６の内面と基板１０１に形成された積層構造の最上面との距離は重要ではなくなる。
【００２２】
また、図３の実施例に示したように、透明封止板１０６の上面に、所望の発光波長の透過を向上させると共に外部からの入射光の使用者への戻りを防止する機能を有する表面薄膜（表面コート薄膜）１１０を形成することもでき、この表面コート薄膜１１０を設けることで、さらに表示品質を向上することができる。本実施例によれば、透明封止板１０６を共振器の構成体としては利用することによっても、有機薄膜１０３の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【００２３】
図４は本発明による有機発光表示装置の第３実施例を説明する模式断面図である。図４に示した実施例では、図３の実施例におけるフィラーに代えて、ＰＩＱなどを用いてパターニングしたスペーサ１０７を設け、基板１０１と透明封止板１０６の間の間隔を所定値に規制したものである。本実施例では、スペーサ１０７を基板１０１に有する有機薄膜１０３の上に形成したが、これに限るものではなく、透明封止板１０６の内面に形成してもよい。スペーサ１０７を透明封止板１０６の内面に形成することで、製造プロセス途上で有機薄膜１０３に及ぼされるダメージを軽減できる。本実施例によっても、透明封止板１０６を共振器の構成体としては利用することによっても、有機薄膜１０３の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【００２４】
図５は本発明による有機発光表示装置の第４実施例を説明する模式断面図である。本実施例では、基板１０１と透明封止板１０６の間の間隔すなわち基板間間隔を前記したようなスペーサを使用せずに、透明封止板１０６を基板１０１の内面に有する薄膜層の最上層に密着させたものである。透明封止板１０６を基板１０１密着させるためには、透明封止板１０６と基板１０１の間の空隙を減圧することが有効である。しかし、他の方法として、所謂マッチングリキッド１２１を当該空隙に注入して透明電極１０４とマッチングリキッド１２１の間、またはマッチングリキッド１２１と高屈折率薄膜１０９の間の界面反射を０に近づけて基板間間隔の不均一から生じる不要な光反射を低減することができる。
【００２５】
透明電極１０４と同じ屈折率のマッチングリキッド１２１を用いた場合は、高屈折率薄膜１０９の下面、高屈折率薄膜１０９と同じ屈折率のマッチングリキッド１２１を用いた場合は、透明電極１０４の上面が共振器の上部反射面となる。共振器の上面と下面の長さは、高屈折率薄膜１０９の代わりに低屈折率薄膜を用いる場合は、共振器の上面と下面の長さは（２ｎ−１）λ／４ではなく、２ｎλ／４となる。
【００２６】
本実施例によっても、透明封止板１０６を共振器の構成体としては利用することによっても、有機薄膜１０３の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【００２７】
図６は本発明による有機発光表示装置の第５実施例を説明する模式断面図である。図６に示した実施例は、フルカラーの表示装置のように、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素で光の共振波長が異なる場合の構造の一例である。本実施例では、波長が異なる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素の共振器長（共振器の光学的長さ）を各該当する光の波長に合わせて、それぞれＤｒ、Ｄｇ、Ｄｂとした。この共振器長の調整を行うため、基板１０１に形成する金属電極兼反射鏡１０２の膜厚を変えた。なお、透明封止板１０６の内面に有する高屈折率薄膜１０９は必須ではなく、高屈折率薄膜１０９を設けない場合の各画素の共振器は透明封止板１０６の内面と膜厚が異なる各画素の金属電極兼反射鏡１０２との間に形成される。また、表面コート薄膜１１０の形成も任意であるが、表示品質の向上のためには、これを設けることが望ましい。本実施例により、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素毎に最適な共振器構造を付与でき、各色の有機薄膜１０３の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【００２８】
図７は本発明による有機発光表示装置の第６実施例を説明する模式断面図である。図７に示した実施例も図６の実施例と同様に、フルカラーの表示装置を構成する場合の他例である。本実施例では、波長が異なる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素の共振器長（共振器の光学的長さ）を各該当する光の波長に合わせて、それぞれＤｒ、Ｄｇ、Ｄｂとした。この共振器長の調整を行うため、透明封止板１０６の内面に共振器長調整層１０８を設け、この膜厚を波長が異なる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素の共振器長Ｄｒ、Ｄｇ、Ｄｂとなるように変えたものである。共振器長調整層１０８は、透明封止板１０６との間の界面での反射率を下げるために該透明封止板１０６の屈折率に近い材質であることが望ましく、透明封止板１０６がガラス板の場合は共振器長調整層１０８を酸化シリコンとするのが適当である。酸化シリコン以外の適当な材料を用いることができることは言うまでもない。なお、表面コート薄膜１１０の形成は任意であるが、表示品質の向上のためには、これを設けることが望ましい。本実施例により、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素毎に最適な共振器構造を付与でき、各色の有機薄膜１０３の発光光を効率よく表示に利用して高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【００２９】
上記した第６実施例と第７実施例では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素を分離するために画素分離壁１０７を設けている。この画素分離壁１０７は基板１０１と透明封止板１０６との間隔（基板間間隔）を規制するスペーサとしても機能する。しかし、基板間間隔の規制に図１などで説明したフィラーも用いることもできる。
【００３０】
図８は本発明の有機波高表示装置の回路構成を説明する等価回路である。図８に示したように、データ線２０１（２０１ｍ＋１，２０１ｍ，２０１ｍ−１・・・）とゲート線２０２（２０１ｎ＋１，２０１ｎ，２０１ｎ−１・・・）で囲まれた画素ＰＸには、スイッチング素子（コントロール・トランジスタ）ＳＷ１、電流供給トランジスタ（ドライブ・トランジスタ）ＤＴ、コンデンサＣ、および有機発光素子ＬＥＤが配置される。スイッチング素子ＳＷ１の制御電極（ゲート）はゲート線２０２に、チャネルの一端（ドレイン）はデータ線２０１に接続されている。電流供給トランジスタＤＴのゲートはスイッチング素子ＳＷ１のチャネルの他端（ソース）に接続され、この接続点にはコンデンサＣの一方の電極（＋極）が接続されている。電流供給トランジスタＤＴのチャネルの一端（ドレイン）は電流供給線２０３に、その他端（ソース）は有機発光素子ＬＥＤの陽極に接続されている。データ線２０１はデータ駆動回路２０４で駆動され、走査線（ゲート線）２０２は走査駆動回路２０５で駆動される。また、電流供給線２０３は共通電位供給バスライン２０６を通して電流供給回路（ＰＷ）２０７に接続される。
【００３１】
図８において、１つの画素ＰＸが走査線２０２で選択されて、そのスイッチング素子（コントロール・トランジスタ）ＳＷ１がターン・オンすると、データ線２０１から供給される画像信号がコンデンサＣに蓄積される。その後、スイッチング素子ＳＷ１がターン・オフした時点で電流供給トランジスタＤＴがターン・オンし、電流供給線２０３から有機発光素子ＬＥＤに、ほぼ１フレーム期間に亘って電流が流れる。有機発光素子ＬＥＤに流れる電流は電流供給トランジスタＤＴにより調整され、また、電流供給トランジスタＤＴのゲートには、コンデンサＣに蓄積されている電荷に応じた電圧が印加される。これにより、画素ＰＸの発光が制御される。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光上部取り出し構造の有機発光素子を共振器構造にすることで、透明封止板の下部（内面）の反射を有効利用でき、有機発光素子の発光の色調調整や単色化、発光ピーク強度のエンハンスの効果が得られる。また、透明封止板を共振器構造に用いることで反射膜やスペーサ、共振器長調整層といった構成部材を発光部を構成する有機薄膜と分離して作製できると言う利点があり、これにより製造プロセスでの有機薄膜へのダメージを回避できるという効果もあり、高輝度の有機発光表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による有機発光表示装置の第１実施例を説明する模式断面図である。
【図２】本発明の実施例の効果を有機薄膜の発光スペクトルの差で従来技術と比較して示す説明図である。
【図３】本発明による有機発光表示装置の第２実施例を説明する模式断面図である。
【図４】本発明による有機発光表示装置の第３実施例を説明する模式断面図である。
【図５】本発明による有機発光表示装置の第４実施例を説明する模式断面図である。
【図６】本発明による有機発光表示装置の第５実施例を説明する模式断面図である。
【図７】本発明による有機発光表示装置の第６実施例を説明する模式断面図である。
【図８】本発明の有機波高表示装置の回路構成を説明する等価回路である。
【図９】上部発光取り出し構造の有機発光表示装置の代表的な構造を説明する模式断面図である。
【符号の説明】
１０１・・・基板
１０２・・・金属電極兼全反射鏡
１０３・・・有機薄膜
１０４・・・透明電極
１０５・・・基板間空隙（間隔）
１０６・・・透明封止板
１０７・・・フィラー、スペーサ、又は画素分離壁
１０８・・・高屈折率薄膜
１１０・・・表面薄膜（表面コート薄膜）
１１１・・・共振器長調整層。
Claims (8)
- 第１電極と有機発光層および透明な第２電極とをこの順で形成した絶縁基板と、
前記第２電極の上方に設置した透明封止板とを有し、
前記有機発光層の発光光を前記透明封止板と反対側の面から出射させる有機発光表示装置であって、
前記第１電極に、前記有機発光層の発光光を前記透明封止板方向に反射させる第１の反射面を有し、
前記透明封止板の前記第２電極側に前記有機発光層の発光光を前記第１電極の前記第１の反射面方向に反射させる第２の反射面を有し、
前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に、前記有機発光層が発光する所定波長の光に対する共振器構造を構成したことを特徴とする有機発光表示装置。 - 前記第１の反射面と前記第２の反射面との間が、前記有機発光層が発光する所定の波長の光に対する共振条件を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光表示装置。
- 前記共振条件は、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間の光学的距離と前記第１の反射面と前記第２の反射面で生じる位相シフト分の長さの和が前記所定の光の波長の整数倍であることを特徴とする請求項２に記載の有機発光表示装置。
- 複数の画素に共通に設けた第１電極と、複数の画素毎にそれぞれ設けた有機発光層および透明な第２電極とをこの順で形成した絶縁基板と、
前記第２電極の上方に設置した透明封止板とを有し、
前記有機発光層の発光光を前記透明封止板の前記絶縁基板と反対側の面から出射させる有機発光表示装置であって、
前記第１電極に、前記有機発光層の発光光を前記透明封止板方向に反射させる第１の反射面を有し、
前記透明封止板の前記第２電極側に前記有機発光層の発光光を前記第１電極の前記第１の反射面方向に反射させる第２の反射面を有し、
前記第１の反射面と前記第２の反射面との間に、前記複数の画素のそれぞれの有機発光層が発光する所定波長の光に対する共振器を画素毎に構成することを特徴とする有機発光表示装置。 - 前記複数の画素に対応する前記第１の反射面と前記第２の反射面との間の光学的距離が、前記複数の画素のそれぞれの有機発光層が発光する所定波長の光の共振条件に応じて異なることを特徴とする請求項４に記載の有機発光表示装置。
- 前記絶縁基板に形成した前記第２の電極と、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間隙、前記透明封止板の屈折率の大小関係が、順に大−小−大、または小−大−小であるとき、
前記透明封止板と前記第２の電極との間隔が、光学的距離にして所定の発光波長の１／４、３／４、１、（２ｎ−１）／４倍（ｎは自然数）の何れかであることを特徴とする請求項１または４に記載の有機発光表示装置。 - 前記第２の電極と前記透明封止板の間隔が０であることを特徴とする請求項１または４に記載の有機発光表示装置。
- 前記絶縁基板に形成した前記第２の電極と、前記第１の反射面と前記第２の反射面との間隙、前記透明封止板の屈折率の大小関係が、順に大−中−小、または小−中−大であるとき、
前記透明封止板と前記第２の電極との間隔が、光学的距離にして所定の発光波長の２／４、２／４、１、（２ｎ）／４倍（ｎは自然数）の何れかであることを特徴とする請求項１または４に記載の有機発光表示装置。
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